Pijący ptak

Aby zacząć zabawę, należy zmoczyć głowę ptaka i postawić go przed szklanką zimnej wody. już po chwili można zauważyć jak pochyla się nad szklanką i moczy dziób w wodzie, by za chwilę wrócić znowu do swego pierwotnego, pionowego położenia, a moment później znowu zaczerpnąć wody ze źródła... No i zaczęło się... Czy coś go powstrzyma?!

Pijący ptak jest przykładem silnika cieplnego - urządzenia, które zamienia energię cieplną na (w tym przypadku) energię mechaniczną.

Zbudowany jest z dwóch szklanych baniek, z których jedna pełni rolę głowy ptaka, a druga korpusu. Głowa (owinięta dobrze chłonącym wodą materiałem) i korpus połączone są szklaną rurką pełniącą rolę szyi ptaszka. Głowę i korpus połączono w taki sposób, że dół rurki przechodzi do dolnej bańki, gdzie zanurzony jest, w wypełniającej do około połowy objętości korpusu, cieczy. Ciecz ta, to zabarwiony dichlorometan - bardzo lotna ciecz, o prężności pary silnie zależnej od temperatury. Cała ta konstrukcja umieszczona jest na wspornikach, nóżkach ptaka, w taki sposób, że ptak może się obracać wzdłuż poziomej osi.

Nasz pijący ptak posiada nie tylko ciekawą konstrukcję ale również wytworny ubiór!
Jak przystało na szanującego się ptaka posiada okazały ogon z piór oraz elegancki cylinder.

No dobra, ale... co właściwie robi ten ptak?
Odpowiedź jest prosta - uczy fizyki. Przez zabawę.

Aby zacząć zabawę, należy zmoczyć głowę ptaka i postawić go przed szklanką zimnej wody. już po chwili można zauważyć jak pochyla się nad szklanką i moczy dziób w wodzie, by za chwilę wrócić znowu do swego pierwotnego, pionowego położenia, a moment później znowu zaczerpnąć wody ze źródła... No i zaczęło się... Czy coś go powstrzyma?!

Jak to działa?

Pijący ptak działa w ten hipnotyzujący sposób, ponieważ zimno mu w głowę. Nawet pomimo tego, że nosi kapelusz...

Woda, którą nasiąknął materiał znajdujący się na dziobie zabawki zaczyna parować, pobierając ciepło z głowy ptaka, a więc ochładza ją (z tego samego powodu jest nam zimno, kiedy jesteśmy mokrzy; woda paruje pobierając ciepło z naszego ciała). Wraz z obniżeniem temperatury głowy zabawki, maleje temperatura zawartego w głowie gazu.

Gazy mają tę właściwość, że kiedy maleje ich temperatura, maleje również ciśnienie.

Doszliśmy więc do sytuacji, w której mamy różnicę ciśnień w bańce górnej (głowie) i w bańce dolnej, a ponieważ te dwie bańki są ze sobą połączone rurką, wyższe w tym momencie ciśnienie w dolnej bańce, wtłacza znajdującą się w niej ciecz przez rurkę do góry. Prowadzi to do przesunięcia się środka masy układu powyżej osi obrotu korpusu, co w rezultacie powoduje przechylenie się ptaka w stronę ustawionej obok niego szklanki z wodą. W momencie kiedy szyja ptaka uderza w brzeg szklanki, ptak zanurza dziób w wodzie, a kolorowa ciecz wtłoczona do rurki spływa z powrotem do dolnej bańki. Ptak wraca do pozycji pionowej i cykl zaczyna się od początku.

To periodyczne zachowanie zabawki będzie trwało, dopóki nie zajdzie co najmniej jedna z kilku możliwych sytuacji:

• pierwsza, to doprowadzenie do wyschnięcia głowy ptaka i brak możliwości ponownego zwilżenia jej.
• druga, dużo ciekawsza z fizycznego punktu widzenia, to taka, by doprowadzić wilgotność otoczenia głowy ptaka do takiego stanu, aby występowała równowaga między ilością wody jaka wyparowuje z głowy ptaka i jaka się na niej osadza. Krótko mówięc, musimy umieścić zabawkę w środowisku wypełnionym parą nasyconą. Można to uzyskać przykrywając działającą zabawkę szklanym kloszem. Po jakimś czasie pod kloszem ustali się para nasycona i zabawka przestanie działać z opisanych wyżej powodów.

Oziębianie głowy, to nie jedyny sposób na wprawienie zabawki w ruch. Dążąc do wytworzenia różnicy ciśnień między objętościami gazów w dolnej i w górnej bańce, możemy równie dobrze ogrzewać dolną bańkę, prowadząc w ten sposób do podwyższenia ciśnienia znajdującego się w niej gazu.

A co ze wspomnianym perpetuum mobile? Podczas pracy ptaka dochodzi do wymiany energii cieplnej zabawki z otoczeniem. Zabawka nie jest więc maszyną wiecznego ruchu...

Ciekawostki